最遙遠的引力透鏡幫助稱重星系質量

原文標題：Most distant gravitational lens helps weigh galaxies原文作者：Arjen van der Wel，Nicky Guttridge；Richard Hook來自： 哈勃歐洲信息中心； 發表時間：2013.10.17副標題：but deepens a galactic mystery翻譯：gohomeman1 審校：Linq （編譯版權所有，未經許可請勿轉載）2013.10.17：國際天文學家團隊發現了最遙遠的 引力透鏡—根據愛因斯坦廣義相對論，星 系 能夠彎曲和增強更遙遠天體的 光。該發現提供了一個直接測量遙遠星 系 質量的 罕見機會。但這更強化了一個謎：引力透鏡是極為少見的 ，歸集當前的 各種案例，天文學家要麼是特別幸運，要麼是低估了早期宇宙中那些非常年輕的 小星 系 的 數量。

哈勃拍攝的 最遙遠引力透鏡J1000+0221。版權：NASA，ESA；研究者團隊，下同。本圖由哈勃第三代廣域相機（WFC3）的 近紅外波段拍攝。配色：814nm的 近紅外光，藍；1.25微米的 J波段，綠；1.6微米的 H波段近紅外光，紅。1979年，天文學家首次發現了引力透鏡現象：光能被引力彎曲。除了證明愛因斯坦廣義相對論的 正確外，它還是一種有用的 工具。尤其是，它能確定彎曲光線的 物質的 總質量——包括仍舊神秘莫測的 暗物質，它既不發射也不吸收光，暗物質的 存在只能通過它對時空的 彎曲效應體現。引力透鏡還能放大背景光源，作為「天然的 望遠鏡」，使得天文學家能夠相對詳細地探測通常無法發現的 極遙遠天體。引力透鏡現象由兩類天體組成：遙遠的 光源，位於光源和我們之間、產生透鏡現象的 （大質量）天體。當觀測時，遙遠天體和透鏡天體恰好處於同一個視線方向，我們將看到愛因斯坦環這樣的 天體：遙遠的 背景光源被極度彎曲、放大後產生的 完美的 圓環。現在，天文學家發現了迄今最遙遠的 引力透鏡現象。研究報告作者、德國海德堡市馬克斯—普朗克研究院天文研究所的 Arjen van der Wel解說：「此發現完全是運氣好！當我檢查一個前期項目的 觀測數據時，注意到其中的 某個星 系 顯得很古怪。它看上去極為年輕，但卻比預期的 遠很多。它本不該成為我們觀測項目的 一部分。」范·德韋爾（Van der Wel）想了解更多的 信息，因此研究了美國宇航局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的 哈勃太空望遠鏡在CANDELS和COSMOS巡天中的 圖像數據（注1）。在這些圖像中，該神秘天體在初始觀測項目中看上去就像一個古老的 星 系 ，有著不規則的 外觀；他懷疑，這是引力透鏡造成的 效應。在比較了可用圖像並移除了引力透鏡星 系 的 恆星 後，結果就很清晰了：一個完美的 愛因斯坦環 ，遙遠的 背景星 系 和透鏡星 系 就在一條視線上。引力透鏡星 系 本身離我們就極遠，以致於被偏折的 光又旅行了94億年才抵達地球（注2）。這不僅是個新紀錄，還起著另外的 重要作用：光的 偏折程度能夠直接測量它的 質量。這為天文學家提供了一個測試稱量星 系 質量的 不尋常的 方法的 機會——通常他們是根據鄰近宇宙中星 系 的 質量，相應外推。好消息是，這個不尋常方法通過了測試。

PDF插圖，遙遠星 系 的 光譜對比。上列數據為正常光譜的 峰值，下列為紅移到紅外波段的 實際峰值。但是新發現也帶來了壞消息。引力透鏡需要兩者恰好在一條直線上，本例這樣的 精確程度相當罕見。更複雜的 是，被放大的 天體原來是星 暴中的 不規則矮星 系 （注3）。它相對來說質量較小（恆星 質量之和約為1億個太陽），卻極為年輕（僅有1000~4000萬年），正在迅速誕生新恆星 。看到處於引力透鏡效應的 特殊星 系 對的 機會是極小的 。要麼是天文學家太幸運了，要麼就是宇宙早期的 星 暴矮星 系 比此前預期的 普遍得多。總之，天文學家要反思他們的 星 系 演化模型了。Van der Wel總結道：「這是一個有趣而奇異的 發現。它完全是偶然的 ，但卻可能開啟我們探索早期宇宙中星 系 演化的 新篇章。」Van der Wel團隊的 研究報告發表在《天體物理學通訊期刊》上，標題：「CANDELS項目中發現創紀錄的 z=1.53的 四倍體引力透鏡現象」。附註1、兩個天體在視線方向的 誤差＜0.01角秒——相當於20千米外，兩個物體的 間距小於1毫米。CANDELS是（哈勃）河外星 系 近紅外組合深空巡天遺產項目的 縮寫；COSMOS宇宙演化巡天項目的 縮寫。2、以宇宙年齡138億年而言，該時間相當於紅移z=1.53。光源天體的 紅移高達3.417，相當於光是119億年前發出的 。而此前的 引力透鏡星 系 距離紀錄是z=1.0，即被星 系 偏折的 光還需要90億年才能到達我們這裡。3、作為對比，像銀河系 這樣的 巨型旋渦星 系 的 質量，至少為本例中矮星 系 的 1000倍。
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